Instalacje klimatyzacji precyzyjnej, w odróżnieniu od tradycyjnych instalacji klimatyzacji komfortu, mogą być projektowane na zdecydowanie wyższą temperaturę wody chłodzącej (ze względu na rodzaj wymienników
w klimatyzatorach wewnętrznych a także temperaturę powietrza występującą w ciepłych korytarzach). Podwyższenie temperatury wody powoduje wydłużenie okresu pracy w trybie wolnego chłodzenia oraz pracę agregatu wody lodowej przy wyższej sprawności energetycznej. Z drugiej jednak strony wymaga zwiększenia ilości lub rozmiaru wewnętrznych jednostek klimatyzacyjnych (szaf klimatyzacji precyzyjnej), co wiąże się z wyższymi nakładami inwestycyjnymi.

Schemat układu i zasada działania

Schemat układu free-coolingu zastosowanego w agregatach serii Liebert HPC przedstawia rys. 1. Wymiennik free-coolingu, to dodatkowy wymiennik typu powietrze-woda umieszczony w ramie agregatu. W okresie, w którym temperatura powietrza zewnętrznego jest wyższa od temperatury wody w instalacji klimatyzacyjnej zawór trójdrogowy kieruje tę wodę bezpośrednio na parownik układu sprężarkowego (z pominięciem wymiennika free-cooling). Wystarczy jednak, że temperatura powietrza zewnętrznego jest o przynajmniej 1ºC niższa od temperatury powrotu, a logika sterowania urządzenia uruchamia przepływ przez dodatkowy wymiennik tak, by zmaksymalizować efekt naturalnego chłodzenia wody. Jeżeli temperatura wody po wyjściu z tego wymiennika jest wyższa od zadanej temperatury zasilania, uruchamiany jest sprężarkowy obieg chłodniczy w celu doprowadzenia wody do zadanej temperatury.

Rys. 1. Schemat obiegu wody lodowej z wykorzystaniem dodatkowego wymiennika (free-cooling)

Jeżeli temperatura wody opuszczającej wymiennik free-coolingowy osiągnęła zadaną temperaturę wody zasilającej instalację, sprężarkowy obieg chłodniczy nie jest w ogóle uruchamiany. Temperatura powietrza zewnętrznego, dla której moc chłodnicza uzyskana z wymiennika free-coolingu równa się nominalnej mocy chłodniczej agregatu nosi nazwę ZET (ang. Zero Energy Temperature).
W zależności od temperatur wody lodowej wartość tego parametru waha się w granicach -3÷3ºC. Tryb pracy z częściowym ochładzaniem wody w wymienniku powietrze/woda oraz doprowadzeniem jej do docelowej temperatury zasilania instalacji klimatyzacyjnej w parowniku układu sprężarkowego nazywany jest free-coolingiem mieszanym. Zaletą takiego trybu pracy jest maksymalizacja okresu, w którym możliwe jest naturalne chłodzenie wody. Ze względu na szeregowe połączenie wymiennika free-cooling i parownika, nie ma konieczności wyłączania poszczególnych obiegów sprężarkowych w celu uruchomienia trybu wolnego chłodzenia. Ilość godzin w ciągu roku, gdy występuje temperatura umożliwiająca działanie trybu free-coolingu mieszanego jest na tyle duża, że jego udział jest znaczący w całkowitej ilości zaoszczędzonej energii.

Analiza

Analizę wpływu temperatury wody lodowej na koszt inwestycyjny i eksploatacyjny instalacji klimatyzacji Data Center przeprowadzono dla przykładowego pomieszczenia o zapotrzebowaniu na chłód rzędu 70 kW. Obliczenia zużycia energii elektrycznej źródła chłodu przeprowadzone zostały za pomocą modułu obliczeniowego w programie doborowym agregatów wody lodowej Liebert HPC, dla profilu temperatur miasta Warszawy (rys. 2). Dzięki godzinowemu rozkładowi temperatury w ciągu roku możliwe jest precyzyjne określenie całkowitego zużycia energii agregatu wody lodowej, oszczędności płynących z wykorzystania pracy w trybie free-coolingu a także ilości kWh energii elektrycznej zaoszczędzonej w danych warunkach w trybie pracy free-coolingu mieszanego.

(...)